Im Rahmen des Projektes COATEMO II sollen funktionalisierte Multilayer-Graphene als hochleitfähiges Additiv und als Matrix für mikro- oder nanoskaliges Silizium (Si) als Speichermaterial für Lithium-Ionen Batterien (LIB) erforscht und zusammen mit Silizium in einem Sprühtrocknungsverfahren zu einem hochenergetischen Kompositmaterial für Anoden verarbeitet werden. Dessen Verfügbarkeit und Verarbeitbarkeit zu Anoden werden im Labor- und Technikumsmaßstab demonstriert. Die Partner bringen ihr Know-How in Kohlenstoff- und Silizium-Aktivmaterialien sowie in der Batterie-Prozesstechnologie ein. Die Prozesse sollen so gestaltet werden, dass später das Anodenmaterial zum Einsatz in Lithium-Batterien wirtschaftlich sinnvoll produzierbar ist. Im Teilvorhaben der FC sollen Nano-Kohlenstoff-basierte Dispersionen mit Additiven und mit Aktivmaterial-basierten Co-Dispersionen entwickelt werden, die im Bereich der Herstellung von Li-Ionen-Batterie-Anoden Verwendung finden. FutureCarbon wird Dispersionen, die vor allem als Additiv im Verbund mit den zu entwickelten Aktiv-Materialien eingesetzt und darauf optimiert werden, entwickeln und produzieren. Da Silizium eine relativ große Volumenänderung beim Be- und Entladen mit Lithium-Ionen hat soll diese durch den Einsatz von Kohlenstoff-Nanotubes und Graphene reduziert werden. Das erhöht die Lebensdauer der Anode und damit auch der Li-Ionen-Batterie. Die Herstellung der pastösen Dispersionen bzw. Zubereitungen soll im Laufe des Projektes mittels eines neuen Verfahrens vorgenommen und evaluiert werden.
Gegenstand des Pilotprojekts ist die Untersuchung der Eignung von Methoden zum Sammeln, Aufbereiten und Analysieren von Abgasfeinstaubproben für eine Erfassung und Identifizierung von aus Verbrennungsprozessen freigesetzten Kohlenstoffnanofasern (CNFs) und -röhren. Aufgrund der hohen toxikologischen Relevanz lungengängiger CNFs sollen im Rahmen der Forschungsarbeiten Methoden entwickelt und erprobt werden, CNFs in rußpartikelhaltigen Proben verlässlich zu identifizieren. Im Erfolgsfall werden Aussagen zur Nachweisbarkeit solcher Fasern im Abgas von Verbrennungsprozessen und eine erste Abschätzung der Nachweisgrenze und Nachweisverlässlichkeit der Methoden erwartet. Auf diese Weise sollen die Grundlagen für eine Quantifizierung von CNF-Emissionen in Verbrennungsmotorabgasen gelegt werden.
Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren(MWCNT)-Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die MWCNT-Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung (kurz EPD) und die chemische Gasphasenabscheidung (kurz CVD) eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung (kurz ECD) und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in 6 Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide (z. Bsp. Pulse Plating), die Charakterisierung sowie die Abscheidung aus nichtwässrigen Elektrolyten und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die Schwerpunkte 5 und 6 beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.
Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT) Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung und die chemische Gasphasenabscheidung eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in sechs Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide, die Charakterisierung und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die letzten Schwerpunkte beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.
Im beantragten Projekt sollen geeignete kommerziell erhältliche Kohlenstoffmaterialen für die Anioneneinlagerung für den Einsatz in großtechnischen Speichermedien ausgewählt werden. Anschließend soll eine Anlage zur thermischen Modifikation und Funktionalisierung dieser Materialien und eine Anlage zur Herstellung maßgeschneiderter Kohlenstoffnanoröhrchen aufgebaut werden. Für diese beiden Verfahren sollen die verfahrenstechnischen Grundlagen erarbeitet werden. Die fluiddynamischen, wärmetechnischen und reaktionstechnischen Randbedingungen zur Durchführung thermischer Modifikationen und Funktionalisierung von Kohlenstoffmaterialien, sowie der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen sollen ermittelt werden. Diese Untersuchungen bilden die Grundlagen für ein Prozessmodell, mit dem Produktionsanlagen vorausberechnet werden können und das demnach scale-up-fähig ist. Die Grundlagenuntersuchungen zur thermischen Modifikation und Funktionalisierung von Kohlenstoffmaterialien, sowie zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen sollen in Pilotanlagen durchgeführt werden. Diese Ergebnisse werden genutzt, um die Verfahren in einer Anlage im Technikumsmaßstab zu realisieren. Um scale-up-fähige Auslegungsunterlagen zu erarbeiten, sind diese Experimente in halbtechnischen Anlagen durchzuführen. Die in den Anlagen hergestellten Materialen werden an andere Projektpartner zur Herstellung von Elektroden weitergeben.